Die zukünftige Lebensdauer von Pflanzen wurde gerade verlängert

Derzeit liegt die Zukunft des Lebens auf der Erde in menschlichen Händen. Doch nach der anthropozentrischen Ära wird die Lage immer brenzliger. Die Leuchtkraft der Sonne nimmt im Laufe der Zeit zu, etwa alle 110 Millionen Jahre um etwa 1 %, sodass die Erdoberfläche allmählich wärmer wird (jedoch wesentlich langsamer als die heutige globale Erwärmung).

Dies wird die Geschwindigkeit der Silikatverwitterung verändern – den Prozess, bei dem sich Silikatgestein in Karbonatgestein umwandelt, wenn sich atmosphärisches Kohlendioxid und Regenwasser zu Kohlensäure verbinden.

Karbonatgesteine, meist Kalkstein und Dolomit, wandeln sich durch vulkanische Einwirkung und Metamorphose bei hohen Temperaturen wieder in Silikatgesteine ​​um. Durch die vulkanische Aktivität wird Kohlendioxid freigesetzt, das das durch Silikatverwitterung aufgenommene ersetzt, und der Karbonat-Silikat-Kreislauf geht weiter.

Auf einer Zeitskala von Millionen Jahren wäre der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre also annähernd konstant, wenn alle anderen Bedingungen gleich bleiben (was selten der Fall ist). Da jedoch die zunehmende Leuchtkraft der Sonne die Temperatur der Erde langsam erhöht, sollte auch die Silikatverwitterung abnehmen und mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre entziehen.

Durch die Karbonatvergrabung wird auch Kohlenstoff aus dem Ozean-Atmosphäre-System entfernt. Das sind schlechte Nachrichten für Pflanzen, die sich von Kohlendioxid, Sonnenlicht und Wasser ernähren, und sie werden doppelt leiden, wenn die Oberflächentemperaturen durch die Sonne steigen. Wenn Pflanzen verschwinden, würde das große Leben auf der Erde verhungern und sterben. Zu berechnen, wann das passiert, war jahrzehntelang eine Anstrengung. mit erhaltenen Zeitspannen von 100 Millionen bis 1 Milliarde Jahren, aber alle beweglichen Teile in einem solchen Modell erschweren die Berechnung.

Ein Wissenschaftlertrio von der University of Chicago und dem Weizmann Institute of Science in Israel hat nun ein neues Modell vorgelegt, das die Lebensdauer der terrestrischen Biosphäre auf 1,7 Milliarden Jahre anhebt. Ihre Arbeit war veröffentlicht In Das Planetary Science Journal.

„Wenn die Verwitterung schwach temperaturabhängig ist (wie aktuelle Daten nahelegen) und/oder stark CO2-abhängig ist“, schreiben sie, „finden wir, dass das Zusammenspiel zwischen Klima, Produktivität und Verwitterung dazu führt, dass der künftige, durch die Leuchtkraft bedingte CO2-Rückgang langsamer und vorübergehender wird.“ umkehren und einen CO2-Ausfall der Pflanzen verhindern.“

Ihre Ergebnisse verlängern den Zeitraum, in dem Pflanzen überleben, auf 1,6 bis 1,82 Milliarden Jahre, bis die Pflanzen entweder an CO2-Mangel oder extremen Temperaturen sterben, was möglicherweise die zukünftige Lebensdauer von Organismen in Makrogröße verdoppelt.

Die meisten früheren Arbeiten gehen davon aus, dass die Silikatverwitterung stark temperaturabhängig ist – exponentiell mit einer E-Faltungszeit (Te) von 10 bis 20 Jahren – und schwach CO2-abhängig, wobei sie (um die Potenz β) zwischen der vierten Wurzel und der Quadratwurzel von CO2 variiert Konzentration. Kleinere Te bedeuten eine stärkere Abhängigkeit der Silikatverwitterungsrate von der Temperatur.

Sie betrachten zwei Szenarien: Pflanzensterben durch unzureichendes CO2 {Te =13,7 Kelvin und β=0,25} wie in Caldiera und Kasting im Jahr 1992und Aussterben durch Überhitzung {Te =31 K und β=0,41} wie in Krissansen-Totton und Catling im Jahr 2017.

Sie haben auch angeschaut C3- und C4-Pflanzen getrennt (sie unterscheiden sich in der Effizienz, mit der sie die Photosynthese nutzen, ihren Kohlenstofffixierungsprozessen und wie gut sie heiße, trockene Bedingungen vertragen – etwa 95 % der Pflanzen auf der Erde sind C3-Pflanzen).

Mit diesen Parameterpaaren koppeln sie globale Durchschnittsmodelle der Pflanzenproduktivität, des Kohlenstoffkreislaufs und des Klimas, um die möglichen Aussterbemechanismen von Landpflanzen – und natürlich aller Arten, die auf sie angewiesen sind – zu bestimmen. Der zweite Satz von Parametern, der das Überhitzungsszenario darstellt, führt zu einer längeren zukünftigen Lebensdauer von Landpflanzen im Vergleich zum ersten Satz, nämlich 1,8 Milliarden Jahre gegenüber 1,3 Milliarden Jahren. Dies ist wesentlich länger als in den beiden vorherigen Arbeiten.

Die Kohlendioxidkonzentration sinkt vom heutigen Wert in beiden Fällen auf nahezu Null im ersten Szenario und auf etwa 170 Teile pro Million (ppm) im zweiten Szenario. Die Oberflächentemperatur der Erde erreicht ihren Höhepunkt bei etwa 310 K (37 °C) in Szenario eins und 335 K (62 °C) in Szenario zwei. (Die aktuelle durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde beträgt etwa 289 K (16 °C)). Auf beiden Bildern wird es knusprig.

C3-Pflanzen wurden vor C4-Pflanzen ausgerottet: 0,5 Milliarden Jahre (Szenario 1) bei einer CO2-Konzentration von 150 ppm, verglichen mit 0,8 Gyr (Szenario 2) für C3-Pflanzen und 1,2 Gyr im Vergleich zu 1,8 Gy für C4-Pflanzen. Auf der Erde wird es in etwa 500 Millionen Jahren nur noch C4-Pflanzen wie Sorghumhirse, Zuckerrohr und Mais geben. Zumindest wird es Süßigkeiten noch eine halbe Milliarde Jahre lang geben, wenn es noch jemanden gibt, der sie herstellt.

Die Autoren können auch einige wichtige Schlussfolgerungen über außerirdisches Leben ziehen. „Wenn Leben außerhalb der Erde verbreitet ist“, schreiben sie, „könnten unsere Schlussfolgerungen anhand zukünftiger Beobachtungen von Biosignaturen auf extrasolaren Planeten überprüft werden.“

Eine längere Zukunft der Biosphäre hat auch Auswirkungen auf die Entwicklung intelligenten Lebens. Sie zeigen, dass eine längere Lebensdauer auf weniger „harte Schritte“ – kritische, unwahrscheinliche evolutionäre Übergänge – hindeutet, um intelligentes Leben hervorzubringen, als bisher angenommen. Frühere Forscher hatten 4–5 für die Anzahl der erforderlichen harten Schritte vorgeschlagen, aber eine längere Biosphäre reduziert diese Zahl auf 2,4, berechnen die Autoren.

Das sind gute Nachrichten für die Aussicht auf intelligentes außerirdisches Leben. Ihre Ergebnisse „legen nahe, dass die Entstehung intelligenten Lebens ein weniger schwieriger (und folglich häufigerer) Prozess sein könnte, als einige frühere Autoren argumentierten.“

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